專利名稱：運行用于作業(yè)機(jī)械的至少一個電動設(shè)備的電動運行系統(tǒng)和包含該電動運行系統(tǒng)的作業(yè)機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來運行用于作業(yè)機(jī)械的至少一個電動設(shè)備的電動運行系統(tǒng)和包含電動運行系統(tǒng)的作業(yè)機(jī)械。
背景技術(shù)：
已知現(xiàn)有技術(shù)中存在很多可以附接到作業(yè)機(jī)械或布置在作業(yè)機(jī)械上并由作業(yè)機(jī)械的操縱者操縱的不同設(shè)備(也稱作附加裝置或工具)。這些設(shè)備或工具尤其適于它們的制造目的。特別是，存在已知的能夠被電流磁化的電動設(shè)備或工具，諸如磁板(magnetic plate)，或能夠例如通過電機(jī)被電驅(qū)動的，諸如輔助水泵。在后者的例子中，通常水靜壓式 (hydrostatic)驅(qū)動裝置能夠由電驅(qū)動裝置(例如所述電機(jī))代替。通常，單獨的發(fā)電機(jī)安裝在作業(yè)機(jī)械上，用于產(chǎn)生運行這些電工具或電驅(qū)動工具所需的電能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種適于在作業(yè)機(jī)械內(nèi)、作業(yè)機(jī)械上、或與作業(yè)機(jī)械連接使用的電動運行系統(tǒng)，該電動運行系統(tǒng)是緊湊的并且具有防故障的高可靠性。另一個目的是提供一種作業(yè)機(jī)械，該作業(yè)機(jī)械包含這樣的可靠和緊湊的電動運行系統(tǒng)。上述目的通過獨立權(quán)利要求的特征實現(xiàn)。其它權(quán)利要求、說明書和附圖公開了本發(fā)明的有利的實施例。本發(fā)明的第一方面，提供一種電動運行系統(tǒng)，用來運行用于作業(yè)機(jī)械的至少一個電動設(shè)備。系統(tǒng)包括飛輪發(fā)電機(jī)，用于產(chǎn)生至少一個電動設(shè)備的運行所需的電能。此外，系統(tǒng)包括功率電子裝置，其連接到飛輪發(fā)電機(jī)的輸出，用于將飛輪發(fā)電機(jī)提供的電壓水平調(diào)整到至少一個電動設(shè)備的運行所需的電壓水平。最后，系統(tǒng)包括連接器裝置，其適于當(dāng)至少一個電動設(shè)備被附接到作業(yè)機(jī)械或布置在作業(yè)機(jī)械上時可連接到功率電子裝置和至少一個電動設(shè)備，用于按所調(diào)整的電壓水平向至少一個電動設(shè)備提供電能。飛輪用作發(fā)電機(jī)，其產(chǎn)生運行附接到作業(yè)機(jī)械或布置在作業(yè)機(jī)械上的一個或多個電動設(shè)備所需的電能。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，飛輪發(fā)電機(jī)與車輛的內(nèi)燃機(jī)結(jié)合。 這樣的優(yōu)勢在于事實上不需要額外的空間用于為所述電動設(shè)備提供電能的電源。特別是， 所述電動設(shè)備能夠裝入工具中，該工具通過電機(jī)可驅(qū)動或通過由飛輪發(fā)電機(jī)提供的電流磁化，諸如磁板附加裝置。諸如水泵的輔助部件也可以被作為代替通常的水靜壓能源的電源的飛輪發(fā)電機(jī)驅(qū)動?？梢员苊庖子诎l(fā)生故障的齒輪帶或軟管，這改進(jìn)了這樣的作業(yè)機(jī)械的運行可靠性。相應(yīng)地，增加了操縱者的操縱舒適性。有利地，飛輪不用作電動發(fā)電機(jī)，而是僅作為在其運行期間提供電能的發(fā)電機(jī)，由此作為尤其用于附接到作業(yè)機(jī)械或布置在作業(yè)機(jī)械上并且通過電機(jī)可驅(qū)動或通過電流可以磁化的電動設(shè)備或工具的電源。有利地，飛輪發(fā)電機(jī)甚至能夠代替水靜壓能源驅(qū)動工具。飛輪發(fā)電機(jī)還能為沒有附接到作業(yè)機(jī)械的外部裝置提供電能。作業(yè)機(jī)械可以是例如輪式或軌道式的移動機(jī)械或建筑設(shè)備，或固定機(jī)械或建筑設(shè)備。在一個(示例性的)有利應(yīng)用中，它可以是挖掘機(jī)或輪式裝載機(jī)或任意其它地面移動機(jī)械。根據(jù)本發(fā)明的適于配備有內(nèi)燃機(jī)的作業(yè)機(jī)械的有利實施例，飛輪發(fā)電機(jī)能夠布置在作業(yè)機(jī)械的內(nèi)燃機(jī)的輸出軸上，優(yōu)選在位于內(nèi)燃機(jī)和液壓泵之間的輸出軸上，用于產(chǎn)生電能。這樣布置的一個主要優(yōu)勢在于其緊湊和運行可靠。飛輪發(fā)電機(jī)小并且實際上結(jié)合進(jìn)內(nèi)燃機(jī)所需的整個空間。根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，能量緩沖器能夠耦合到飛輪發(fā)電機(jī)上。電動設(shè)備可以在獨立于發(fā)動機(jī)的驅(qū)動軸的實際載荷的穩(wěn)定方式下運行。有利地，能量緩沖器可以(i)用作另外的或備用電源，用于在暫時增加的電能消耗高峰的情況下補(bǔ)償通過飛輪發(fā)電機(jī)提供電能的任何局限，以及(ii) 一旦飛輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，用作安全系統(tǒng)。此外，對于要求DC 供電的工具和附加裝置可以采用DC供電。根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，能量緩沖器通過飛輪發(fā)電機(jī)可充電，該飛輪發(fā)電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的啟動電池的充電系統(tǒng)分開。能量緩沖器可以是蓄電池，其具有的電勢有利地是內(nèi)燃機(jī)的啟動電池的電勢的至少兩倍。特別地，能量緩沖器具有的電勢可以在大約50和大約 1000伏特之間，優(yōu)選在大約100和大約800伏特之間，并且優(yōu)選在下面的范圍中的一個之間⑴大約100至大約150伏特，(ii)大約180至大約250伏特，(iii)大約350至大約 450伏特，和(iν)大約500至大約800伏特。相比于在12到M伏特的范圍內(nèi)運行的啟動電池系統(tǒng)，用于運行電動設(shè)備的更高電壓水平允許在合理電流水平的高電能，其相比于在相同電能水平的具有較高電流的較低電壓水平有利地僅要求小電機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，電動設(shè)備可以是可附接到作業(yè)機(jī)械或布置在作業(yè)機(jī)械上的附加裝置。例如，這樣的附加裝置可以是磁板。有利地，磁板可以被飛輪發(fā)電機(jī)供應(yīng)的電流磁化并且當(dāng)電源——即飛輪發(fā)電機(jī)——被關(guān)閉或(與任何連接到電動運行系統(tǒng)的電能量緩沖器一起)電斷開磁板時自動消磁。替代地，電動設(shè)備可以是作業(yè)機(jī)械中由電機(jī)可驅(qū)動的裝置，諸如空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)(AC壓縮機(jī))，冷卻風(fēng)扇等。特別地，可以通過飛輪發(fā)電機(jī)向輔助水泵供應(yīng)電能用于其泵運行。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，作業(yè)機(jī)械包括內(nèi)燃機(jī)和電動運行系統(tǒng)，該電動運行系統(tǒng)設(shè)置為用于運行附接到所述作業(yè)機(jī)械或布置在所述作業(yè)機(jī)械上的至少一個電動設(shè)備，其中電動運行系統(tǒng)包括飛輪發(fā)電機(jī)，其用于產(chǎn)生運行至少一個電動設(shè)備所需的電能。此外，系統(tǒng)包括功率電子裝置，其連接到飛輪發(fā)電機(jī)的輸出端，用于將飛輪發(fā)電機(jī)提供的電壓水平調(diào)整到至少一個電動設(shè)備的運行所需的電壓水平。最后，系統(tǒng)包括連接器裝置，其適于當(dāng)至少一個電動設(shè)備被附接到作業(yè)機(jī)械或布置在作業(yè)機(jī)械上時可連接到功率電子裝置和至少一個電動設(shè)備，用于按所調(diào)整的電壓水平向至少一個電動設(shè)備提供電能。在這樣的作業(yè)機(jī)械內(nèi)、在作業(yè)機(jī)械上和與作業(yè)機(jī)械連接的本發(fā)明的一個主要效果在于，當(dāng)使用所述電動設(shè)備時可以為作業(yè)機(jī)械的操縱者提供高舒適性。由于沒有另外的發(fā)電機(jī)附接到作業(yè)機(jī)械上，本發(fā)明的另一個主要效果在于在運行設(shè)備過程中降低噪音并且為所述電動設(shè)備的運行提供可靠的電源。根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，至少一個電動設(shè)備或工具可以是被電磁鐵磁化的磁板。替代地，電動設(shè)備可以被電機(jī)驅(qū)動。根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，可以設(shè)置至少一個另外的能量緩沖器，其中另外的能量緩沖器通過與內(nèi)燃機(jī)的啟動電池的充電系統(tǒng)分開的飛輪發(fā)電機(jī)充電。優(yōu)選地，可以設(shè)置連接器裝置用于將其它電消耗裝置連接到飛輪發(fā)電機(jī)，諸如前燈、搜尋燈、作業(yè)燈、泵、AC壓縮機(jī)、冷卻風(fēng)扇等等。


本發(fā)明以及上述和其它目的和優(yōu)點將通過對下面的實施例的詳細(xì)描述有最好的理解，但是不局限于這些實施例，附圖中示意性示出圖1.根據(jù)本發(fā)明的電動運行系統(tǒng)的優(yōu)選示例實施例，其包括作為電附加裝置的磁板；圖2.圖1的電動運行系統(tǒng)的示例實施例的有利的進(jìn)一步改進(jìn)，其另外包括能量緩沖器；和圖3.配備有根據(jù)本發(fā)明的電動運行系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的作業(yè)機(jī)械的示例實施例。
具體實施例方式在附圖中，相同或相似元件采用相同的附圖標(biāo)記表示。附圖僅僅用于示意性描述， 而無意描繪本發(fā)明的特殊參數(shù)。此外，附圖僅描述本發(fā)明的典型實施例，并且因此不應(yīng)被看作是對本發(fā)明的范圍的限制。圖1示意性描述了用于運行附接到作業(yè)機(jī)械10 (圖3)或布置在作業(yè)機(jī)械10上的一個或多個電動設(shè)備60的電動運行系統(tǒng)50。其中電動設(shè)備60(以示例的方式)實現(xiàn)為被電磁鐵64磁化并附接到作業(yè)機(jī)械10 (圖3)的臂30的磁板62。作業(yè)機(jī)械10配備有內(nèi)燃機(jī) 20。用于產(chǎn)生電動設(shè)備60的運行所需的電能的飛輪發(fā)電機(jī)52布置在內(nèi)燃機(jī)20的輸出側(cè)，例如在內(nèi)燃機(jī)20和液壓泵沈之間的輸出軸M上。替代地，飛輪發(fā)電機(jī)52能夠凸緣接合在內(nèi)燃機(jī)20上并且液壓泵沈凸緣接合在飛輪發(fā)電機(jī)52上。通常，內(nèi)燃機(jī)20設(shè)置啟動電池22用于啟動內(nèi)燃機(jī)并給作業(yè)機(jī)械10的常規(guī)機(jī)載電系統(tǒng)(未示出)提供電能。飛輪發(fā)電機(jī)52的構(gòu)造是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。例如，在飛輪腔內(nèi)側(cè)，永磁體可以布置在飛輪上(未示出)，該永磁體運行中耦合到飛輪腔內(nèi)部的定子線圈(未示出)。當(dāng)飛輪旋轉(zhuǎn)時，即當(dāng)例如飛輪的永磁體在飛輪的定子線圈內(nèi)部旋轉(zhuǎn)時，以現(xiàn)有技術(shù)中公知的方式產(chǎn)生電能。設(shè)置功率電子裝置M用于把飛輪發(fā)電機(jī)52所提供的作為輸出電壓的電壓水平調(diào)整到電動設(shè)備60的運行所要求的電壓水平。連接器裝置58連接功率電子裝置M和電動設(shè)備60使得當(dāng)電動設(shè)備60附接到作業(yè)機(jī)械10或布置在作業(yè)機(jī)械10上時能夠供應(yīng)電能給電動設(shè)備60。
可以采用適合的功率電子裝置M，例如，本領(lǐng)域已知的AC/DC或AC/AC轉(zhuǎn)換器，例如PWM (或PDM) > PFM, PSM轉(zhuǎn)換器(AC =交流；DC =直流；PWM =脈寬調(diào)制；PDM =脈沖持續(xù)時間調(diào)制；PFM =脈沖頻率調(diào)制；PSM =脈沖階梯調(diào)制)。如圖2所描述的，有利地，將能量緩沖器56添加到根據(jù)圖1的電動運行系統(tǒng)，能量緩沖器56以現(xiàn)有技術(shù)中的已知方式耦合到功率電子裝置M。能量緩沖器56能夠補(bǔ)償由相應(yīng)的飛輪52的轉(zhuǎn)動變化引起的飛輪52的電能供應(yīng)變化，飛輪52的轉(zhuǎn)動變化又是內(nèi)燃機(jī) 20和/或連接到液壓泵沈的作業(yè)機(jī)械10的液壓系統(tǒng)(未示出)的運行變化的結(jié)果。能量緩沖器56通過飛輪發(fā)電機(jī)52可充電，飛輪發(fā)電機(jī)52與發(fā)動機(jī)20的啟動電池 22的充電系統(tǒng)分離。能量緩沖器56可以是蓄電池，其具有的電勢是啟動電池22的電勢的至少兩倍。尤其是，能量緩沖器56具有的電勢可以在大約50和大約1000伏特之間，尤其是在大約100和大約800伏特之間，并且優(yōu)選地在下面的范圍中的一個之間(i)大約100 至大約150伏特，(ii)大約180至大約250伏特，(iii)大約350至大約450伏特，和(iv) 大約500至大約800伏特。電驅(qū)動設(shè)備如電動設(shè)備60通?；蛭磥砜赡茉谶@樣的電壓范圍內(nèi)運行。圖3示出了作業(yè)機(jī)械10的一個示例實施例，其配備有根據(jù)本發(fā)明的用于電動設(shè)備 50的電動運行系統(tǒng)。作業(yè)機(jī)械10包括例如電動設(shè)備60，諸如包括被電磁鐵64磁化的磁板 62的附加裝置。通常，電動運行系統(tǒng)50為諸如上述磁板62的通過電機(jī)可驅(qū)動或通過電流提供電能的一個或多個電動設(shè)備或工具60提供驅(qū)動電能。此外，電動運行系統(tǒng)50允許為輔助裝置提供驅(qū)動電能，該輔助裝置通常被其它能源驅(qū)動，諸如水靜壓裝置，例如水泵等等。
權(quán)利要求
1.一種用來運行用于作業(yè)機(jī)械(10)的至少一個電動設(shè)備(60)的電動運行系統(tǒng)(50)， 其特征在于該電動運行系統(tǒng)包括(i)飛輪發(fā)電機(jī)(52)，用于產(chǎn)生所述至少一個電動設(shè)備(60)的運行所需的電能；( )功率電子裝置(M)，連接到所述飛輪發(fā)電機(jī)(52)的輸出端，用于將所述飛輪發(fā)電機(jī)(5 提供的電壓水平調(diào)整到所述至少一個電動設(shè)備(60)的運行所需的電壓水平；和(iii)連接器裝置(58)，適于當(dāng)所述至少一個電動設(shè)備(60)附接到所述作業(yè)機(jī)械(10) 或布置在所述作業(yè)機(jī)械(10)上時可連接到所述功率電子裝置(54)和所述至少一個電動設(shè)備(60)，使得按所調(diào)整的電壓水平向所述至少一個電動設(shè)備(60)提供電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動運行系統(tǒng)，其特征在于，在包括內(nèi)燃機(jī)00)的作業(yè)機(jī)械 (10)中，所述飛輪發(fā)動機(jī)(5 布置在所述內(nèi)燃機(jī)00)的輸出軸04)上，優(yōu)選地在所述內(nèi)燃機(jī)00)和液壓泵06)之間的輸出軸04)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動運行系統(tǒng)，其特征在于，能量緩沖器(56)耦合到所述飛輪發(fā)電機(jī)(52)和/或所述功率電子裝置(54)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動運行系統(tǒng)，其特征在于，所述能量緩沖器(56)通過所述飛輪發(fā)電機(jī)(52)可充電，所述飛輪發(fā)電機(jī)(52)與所述內(nèi)燃機(jī)00)的啟動電池02)的充電系統(tǒng)分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電動運行系統(tǒng)，其特征在于，所述能量緩沖器(56)是蓄電池，該蓄電池具有的電勢是所述內(nèi)燃機(jī)OO)的所述啟動電池02)的電勢的至少兩倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5的任意一項所述的電動運行系統(tǒng)，其特征在于，所述能量緩沖器(56)具有的電勢在大約50和大約1000伏特之間，特別地在大約100和大約800伏特之間，并且優(yōu)選在下述范圍之一內(nèi)(i)大約100至大約150伏特，(ii)大約180至大約250 伏特，(iii)大約350至大約450伏特，和(iv)大約500至大約800伏特。
7.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的電動運行系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個電動設(shè)備(60)是附加裝置(62)，特別是可附接到所述作業(yè)機(jī)械(10)或可布置在所述作業(yè)機(jī)械 (10)上的被電磁鐵(64)磁化的磁板(62)，或者所述至少一個電動設(shè)備(60)是通過電機(jī)電可驅(qū)動的輔助裝置。
8.—種作業(yè)機(jī)械(10)，包括內(nèi)燃機(jī)00)和根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的電動運行系統(tǒng)(50)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的作業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述飛輪發(fā)電機(jī)(52)布置在所述內(nèi)燃機(jī)00)的輸出軸04)上，優(yōu)選在位于所述內(nèi)燃機(jī)00)和液壓泵06)之間的輸出軸04)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的作業(yè)機(jī)械，其中所述電動設(shè)備(60)是附加裝置，特別是可附接到所述作業(yè)機(jī)械(10)或可布置在所述作業(yè)機(jī)械(10)上的被電磁鐵(64)磁化的磁板(62)，或者其中所述電動設(shè)備(60)是由電機(jī)電可驅(qū)動的。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10的任意一項所述的作業(yè)機(jī)械，其中設(shè)置至少一個另外的能量緩沖器(56)，并且其中所述另外的能量緩沖器(56)通過與所述內(nèi)燃機(jī)00)的啟動電池 (22)的充電系統(tǒng)分離的所述飛輪發(fā)電機(jī)(52)充電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動運行系統(tǒng)(50)，用來運行用于作業(yè)機(jī)械(10)的至少一個電動設(shè)備(60)。該電動運行系統(tǒng)(50)包括飛輪發(fā)電機(jī)(52)，用于產(chǎn)生至少一個電動設(shè)備(60)的運行所需的電能。此外，系統(tǒng)包括連接到飛輪發(fā)電機(jī)(52)的輸出端的功率電子裝置(54)，用于將飛輪發(fā)電機(jī)(52)提供的電壓水平調(diào)整到至少一個電動設(shè)備(60)的運行所需的電壓水平。最后，系統(tǒng)包括連接器裝置(58)，適于當(dāng)至少一個電動設(shè)備(60)被附接到作業(yè)機(jī)械(10)或布置在作業(yè)機(jī)械(10)上時可連接到功率電子裝置(54)和至少一個電動設(shè)備(60)，用于按所調(diào)整的電壓水平向至少一個電動設(shè)備(60)提供電能。
文檔編號B60L1/00GK102481834SQ200980160913
公開日2012年5月30日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者君特·施泰因布雷希爾, 奧利弗·比切勒, 阿爾弗雷德·里希特 申請人:沃爾沃建筑設(shè)備公司